燃煤锅炉受热面结渣分析

燃煤锅炉受热面结渣分析
发布时间：2022-05-26T03:30:44.689Z 来源：《福光技术》2022年11期作者：邢涛刘振鹏[导读] 锅炉受热面结渣会造成受热面的传热热阻增大，降低锅炉受热面的传热系数，减少工质的吸热量。

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摘要：在煤粉燃烧过程中，炉膛火焰中心的温度通常高于1000℃，形成的灰多呈熔化或软化状态，因而在锅炉的受热面常常出现结渣现象。

若炉膛中的液态渣粒在接近水冷壁之前因温度降低而出现凝固，那么这些渣粒粘附到锅炉受热面管壁时将会形成一层疏松的灰层，这过程称为积灰。

在锅炉实际运行中这些积灰很容易清除，若这些积灰中含有铁、碱金属的氧化物或硫化物时，会形成低熔点的共熔混合物，渣粒以液态或半液态粘附到锅炉受热面上，形成一层结构紧密、粘附力强的灰渣层，这过程称为结渣。

炉膛结渣部位主要包括燃烧器布置区域、炉膛出口折焰角处水冷壁，严重时在屏式过热器、尾部烟道对流管柬入口处也会出现结渣。

据研究分析，超过50％的锅炉存在着结渣的危险，严重影响着锅炉的安全稳定运行，制约着锅炉的可用率，随着机组容量的增大，结渣的危害将更大。

关键词：锅炉受热面；积灰；结渣；形成机理；控制措施
一、锅炉受热面结渣的危害
锅炉受热面结渣会造成受热面的传热热阻增大，降低锅炉受热面的传热系数，减少工质的吸热量。

若锅炉水冷壁结渣，将导致循环工质吸热量减少，炉内火焰中心向后推移，炉膛出口烟气温度升高，致使过热器、再热器的出口汽温升高若过热器和再热器长期处于超温状态下运行，会使过热器和再热器发生爆管事故，且炉膛出口烟气温度升高，还会造成屏式过热器和对流过热器出现结渣问题。

实践表明，若锅炉受热面结渣数小时，水冷壁的传热能力将会降低30% ~60%。

实际运行中为了保持锅炉的出力，维持锅炉的稳定运行，就得增加燃煤供应量，进而导致风机磨煤机的耗电量增大，进步提高炉膛出口的烟气温度，增大锅炉排烟热损失，同时增加锅炉受热面的粘灰量，导致恶性循环。

在炉膛高温烟气的作用下，粘结在水冷壁高温过热器上的灰渣会与锅炉受热壁面发生复杂的化学反应，使高温受热壁面产生腐蚀，造成水冷壁壁面由外向内减薄，影响水冷壁的使用寿命。

若燃烧器喷口出现结渣，会影响煤粉气流的正常喷射，造成煤粉气流发生偏斜、冲墙，甚至出现燃烧器喷口被焦渣堵住等问题。

二、锅炉受热面积灰和结渣的形成机理
积灰是指温度低于灰熔点的灰沉积物在受热面上的聚集，多发生在锅炉对流受热面上，根据锅炉烟气温度的高低，积灰可以分为高温积灰和低温积灰。

高温积灰的烟尘大部分呈熔融状态，不同成分的烟尘其熔融点相差很大，有的烟尘熔融点可达1000℃以上，有的只有600～700℃，这种积灰一般属于粘结性积灰，主要由钙、磷、硅等的化合物组成，积灰的粘污严重程度主要取决于积灰的组成。

在对流过热器上产生的积灰包括内外两层，内层积灰中Na20、K2O、S0X的的含量较高，外层含有类似飞灰的成分，粘结性积灰主要在管子正面形成并迎着气流生长，较难清除，易造成严重堵塞，通常认为积灰是由于受到范德华力、静电力、表面张力等的作用而形成的。

由于飞灰微粒具有较大的表面积，当灰粒与管壁接触时，分子与管壁间的引力大于灰粒本身的重力，导致灰粒附着在管壁上。

燃煤锅炉受热面结渣既是一个复杂的物理化学过程，也是一个复杂的流体力学过程，主要受灰熔点、灰成分、灰粘度、炉膛热力参数、燃烧器的结构与布置、炉内空气动力工况等参数影响。

灰渣在管壁上的形成包括两个过程：(1)初始沉积层的形成。

初始沉积层为厚度0.2～0.5mm的化学活性高的薄灰层，主要由粒径小于5um的微粒组成，对于易结渣的煤，初始沉积层主要是由挥发性灰分在水受热面上冷凝而形成，对于不易结渣的煤，初始沉积层由挥发性灰分冷凝和微粒热迁移沉积共同形成。

初始沉积层中碱金属硫酸盐的含量较高，与管壁发生反应生成低熔点化合物，粘结性更强，由于初始沉积层具有较好的绝热性能，导致管壁温度升高。

(2)粒径较大的灰粒在惯性力的作用下冲击到管壁的初始沉积层上，受初始沉积层的粘性作用影响，易粘结在初始沉积层，导致渣层厚度迅速增大。

三、锅炉受热面积灰和结渣的控制措施
3.1保持合适的煤粉细度和均匀度
根据锅炉燃烧煤种不同，通过调节分离器和一次风量将煤粉的细度控制在合适的范围内。

由于分离器难以频繁调节，因此当燃煤的挥发份发生变化时，可采用调节一次风率来起防止受热面结渣。

在实际生产过程中，确定煤粉细度时应充分考虑炉膛稳燃、受热面结渣、机械不完全燃烧热损失、制粉系统的电耗等因素。

煤粉太粗时，燃尽时间延长，造成炉膛火焰中心上移，致使炉膛出口结渣。

煤粉太细时，锅炉受热面易积灰，造成炉膛温度升高、投射热流增大。

3.2合理控制炉内的过量空气系数
合理控制炉内过量空气系数有利于防止锅炉受热面的积灰和结渣，当炉内过量空气系数增大时，炉膛出口烟气温度降低，能够减轻对流过热器和再热器积灰、结渣，此外，随着炉内过量空气系数的增大，炉膛壁面处的烟气温度逐渐降低，可减少炉膛壁面上的沉积物，延缓炉内受热面的结渣。

当炉内过量空气系数减小时，会造成炉内含氧量降低，炉内呈现还原性气氛，导致熔点较高的Fe203，被还原为熔点较低的FeO，降低了灰熔点，增大了结渣的可能性，因此，应合理控制炉内的过量空气系数。

3.3合理控制炉内温度水平
炉内温度水平对受热面结渣有着重要的影响，当炉内温度较高时，煤中易挥发的碱性氧化物将发生汽化或升华，并在受热面上凝结，由于碱金属氧化物的汽化温度一般高于1400℃，而凝结温度约为1000—1100℃，当碱金属氧化物在炉内受热面上凝结时会形成致密的强粘结灰，当管壁温度也较高时，还会导致含有碱金属化合物的积灰外表层粘结性增强，加快积灰的形成。

此外，炉内烟气温度较高会使得煤灰呈熔化或半熔化状态粘在受热面上，温度越高，受热面结渣速度越快，因此要合理控制炉内温度水平。

3.4合理控制炉内燃烧切圆
炉内空气动力场不良会造成燃烧器区域结渣，而炉膛假想切圆是影响炉内空气动力场的关键因素，对炉膛结渣、稳燃以及炉膜出口的烟速、烟温偏差等都有重要的影响，因此应合理控制炉内燃烧切圆的直径。

由于炉膛中心是速度很低的微风区，若炉内燃烧切圆过大，会造成一次风煤粉气流发生偏转贴壁，引起受热面结渣，反之，若炉内燃烧切圆过小，则会影响炉内燃烧的稳定性。

因此，在实际燃烧过程中应加强对影响燃烧切圆直径大小的因素的控制，如安装切圆直径、燃烧器高宽比、一二次风动量比、燃烧器喷口总面积与炉膛截面积比、燃烧器摆角等，保证燃烧切圆直径和火焰中心位置适中。

3.5定期对锅炉受热面进行吹灰
通过布置在锅炉受热面的吹灰器定期对受热面进行吹扫，以保持受热面的清洁，防止受热面积聚大量灰渣。

吹灰器的特点是吹灰力度较大，见效快，但只能起到控制结渣程度的作用，对于喷燃器区域结渣严重的地方，存在吹不到等问题，且较硬的焦渣也难以吹掉，此外，采用吹灰器吹灰还会影响炉内的燃烧工况。

因此，要合理布置吹灰器，根据炉膛出口烟气温度、烟气压力、过热器壁温等参数进行有针对性的局部吹灰、不定时吹灰等，合理控制吹灰时间。

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